Cradle Newton: Momentum dan Transfer Energi
1 · Memprediksi
Jika Anda menarik bola pertama ke ketinggian pelepasan h dan membiarkannya berayun ke dalam barisan, apa yang menentukan seberapa cepat bola terakhir terbang keluar?
- Bola jauh berangkat dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan tumbukan bola pertama.
- Bola jauh bergerak lebih lambat karena bola tengah menyerap sebagian gerakan.
- Bola jauh berangkat lebih cepat dari kecepatan tumbukan bola pertama.
2 · Pengaturan
- Buka preset Cradle Newton di kotak pasir.
- Seret bola paling kiri ke luar dan ke atas untuk mengatur ketinggian pelepasan, lalu baca seberapa tinggi bola berada di atas titik istirahatnya.
- Lepaskan bola dan biarkan berayun ke bawah menuju barisan bola yang bersentuhan. Perhatikan bola mana yang terbang jauh, dan seberapa tinggi ayunannya.
3 · Kumpulkan Data
| Massa bola (kg) | Ketinggian rilis (m) | Rilis PE (J) | Kecepatan keluar bola jauh (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
Plot kecepatan keluar bola jauh (sumbu y) terhadap tinggi pelepasan (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah hubungannya garis lurus?
4 · Analisis
- Untuk setiap baris, hitung pelepasan PE (mgh) dan dampak KE yang seharusnya dimiliki bola pertama sebelum mencapai titik terendah ayunannya (½mv², menggunakan farSpeed yang diukur untuk v). Bagaimana perbandingan kedua energi tersebut?
- Dengan menggunakan kekekalan momentum dan energi kinetik untuk rantai yang bermassa sama, jelaskan mengapa bola jauh meninggalkan bola dengan (kira-kira) kecepatan tumbukan bola pertama, sedangkan bola di antaranya hampir tidak bergerak sama sekali.
5 · Perluas
- Mengapa bola-bola tengah hampir tidak bergerak, padahal impuls tumbukan melewati semuanya?
- Di kotak pasir, apakah bola jauh pernah berayun setinggi ketinggian pelepasan Anda? Apa yang diketahui dari celah (jika ada) tentang seberapa elastis tumbukan tersebut?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Energi Potensial Gravitasi
Bola yang ditarik ke belakang menyimpan energi yang sama dengan beratnya dikalikan seberapa jauh Anda mengangkatnya ke atas titik istirahatnya — inilah yang menggerakkan seluruh reaksi berantai setelah dilepaskan.
Energi Kinetik
Saat bola yang dilepaskan berayun ke bawah, PE yang disimpan diubah menjadi KE; di bagian bawah, KE itulah yang hampir seluruhnya diserahkan ke bola jauh melalui rangkaian tumbukan.